【正文】 CDMA 通信技術和朗訊科技 CDMA系統(tǒng) 青島朗訊培訓中心 宋紅彥 隨著現(xiàn)代通信的發(fā)展，在任一時間，任一地點能與任一對象進行各種信息交流已成為現(xiàn)代通信理所當然的目標。因而促使移動通信技術發(fā)展異常迅速并日漸成熟。 從 20 世紀 70 年代末蜂窩移動通信的問世到當今 21 世紀 CDMA 技術應用，移動通信經歷了模擬時代如北美的 AMPS、歐洲的 TACS、瑞典的 NMT900、日本的HCMTS/MCMTS 以及 無繩電話 CT1； 數(shù)字時代如北美的 DAMPS、歐洲的 GSM、日本的 JDC 直至當今 WSCDMA/CDMA2020 等。 在從模擬到數(shù)字的轉變過程中經歷了多址通信技術的發(fā)展： 頻分多址 FDMA、時分多址 TDMA 以及碼分多址 CDMA。 CDMA 系統(tǒng)是 20世紀 80 年代末 90年代初由 Qualm 公司開發(fā)試驗的， 由于其能有效的降低人為干擾、窄帶干擾、多徑干擾的影響，采用語音激活技術、各種分集技術、各小區(qū)間均使用同一頻率無需頻率管理和指配、實現(xiàn)軟切換，大大增加了系統(tǒng)容量以及系統(tǒng)抗干擾能力。并且滿足了日益激增的對移動通信非話業(yè)務的需求。最典型的是 IS95CDMA 蜂窩 移動通信系統(tǒng)。 本文將對多址通信、 IS95 CDMA 系統(tǒng)技術原理和關鍵技術作相應介紹 后， 將重點 介紹朗訊科技 CDMA 系統(tǒng)的應用和組成。 第一章、 CDMA 通信技術 一、多址通信方式 傳統(tǒng)的無線通信是建立在點對點的通信基礎上的，而現(xiàn)代通信為了實現(xiàn)任意呼叫某一用戶的目的逐步轉向多址通信。在射頻信號可分割理論基礎上，在發(fā)送端信號復合，在接收端信號分離，要求各個信號之間必須線性相關且相互正交。即許多移動用戶共用一個寬帶信道，任意二個移動用戶可占用任一指定射頻信道，進行相互通信而不影響其他用戶。目前常見的多址通信方式有頻分多址的FDMA 方式、時分多 址的 TDMA 方式以及碼分多址的 CDMA 方式。 ? FDMA 采用頻率分割，將使用頻段劃分成若干個極窄子頻的頻道，一個用戶分配一個固定頻道，利用調頻方式在該頻道內傳送信息，在接收端采用濾波器將不同信號分離，實現(xiàn)多址通信，為模擬方式。例如北美的 APMS 利用 800MHZ 頻段頻率資源，每個頻道占用帶寬 30KHZ；歐洲的 TACS 利用900MHZ 頻段頻率，每個頻道占用帶寬 25KHZ。如下圖 (一 )所示。 比較項目 AMPS TACS 工作頻段 (MHZ) 基站發(fā)送： 870890 基站接收： 825845 基站發(fā)送： 935960 基站接收： 890915 頻道間隔 (KHZ) 30 25 控制頻道調制方式 控制頻道調制峰值頻偏 FSK ?8KHZ FSK ? 話音頻道調制方式 話音頻道調制峰值頻偏 FM ?12KHZ FM ? 控制信號傳輸速率 (kbps) 10 8 圖 (一 ) AMPS 與 TACS 的主要差別 ? TDMA 是數(shù)字通信的主要多址方式，采用時域分割，在 FDMA 工作頻段的基礎上，在給定頻帶的最高數(shù)據速率條件下，將傳送時間劃分成若干個時間間隔 (即為時隙 )，一個用戶使用一個給定的時隙， 在接收端利用時間 選通門提取信號，實現(xiàn)多址通信。 例如北美的 DAMPS， 30KHZ 分成 6個 時隙，同時支持 3個呼叫； 歐洲的 GSM，將 200KHZ 劃分成 8個時隙， 支持8個呼叫。如圖 (二 )所示。 比較項目 DAMPS (IS136) GSM 工作頻段 (MHZ) 基站發(fā)送： 870890 基站接收： 825845 基站發(fā)送： 935960 基站接收： 890915 頻道間隔 (KHZ) 30 25 調制 ?/4DQPSK (8PSK) GMSK 幀長 (ms) 40 每幀時 隙 6 8 語音編碼 VSELP (ACELP) PRELTP 最大可能數(shù)據速率 (kbps) 圖 (一 ) DAMPS 與 GSM的主要差別 不管是 FDMA 還是 TDMA 均存在復雜的頻率復用及 RF 設計。 ? CDMA 是通過比傳送數(shù)據速率高得多的特殊編碼來調制信息，將數(shù)據帶寬大大擴展后再進行傳輸，不同用戶使用相同載頻但使用互不干擾的不同編碼，即在同頻同時的條件下各個接受機根據信號碼型之間的差異提取信號，實現(xiàn)多址通信。 目前窄帶 CDMA(IS95)頻道 的劃分基于 AMPS(如圖三所示 )， 系統(tǒng)中 多用戶工作于同一 載頻，利用擴頻有效的利用有限的頻帶寬，最終帶寬 擴展為，同時利用三種相關編碼 ( PN Offset Code， Walsh Code， 42bits Long Code) 進行調制 /解調來區(qū)分每個用戶； 將來寬帶 CDMA 可將帶寬擴展為 5MHZ、10MHZ、 15MHZ、 20MHZ。 CDMA信道編號 (AMPS 信道編號 ) 基站接收頻率 (MHZ) 基站發(fā)送頻率 (MHZ) 蜂窩頻帶 283(主載頻 ) A 384(主 載頻 ) B 691(次載頻 ) A 777(次載頻 ) B 圖 (三 ) CDMA 信道分配 二、 CDMA 主要技術參數(shù) CDMA 建立在正交編碼、相關接收的基礎上，利用擴頻通信原理實現(xiàn)多址通信，其主要技術參數(shù)如圖四所示 頻段 (MHZ) 824849 (基站收 )， 869894(基站發(fā) ) 頻帶間隔 1,25MHZ 擴頻方式 DSPN 擴頻碼元速率 幀長 (ms) 20 可變語音 編碼及話音激活 速率 (kbps) QCELP/CELP 8， 13 數(shù)據調制速率 (kbps) ， ， ， 調制方式 QPSK， 64Ary OQPSK 數(shù)據速率 (kbps) (IS95A)， 64/(IS95B) 圖 (四 ) CDMA 主要技術參數(shù) 三、 CDMA 關鍵技術 直接序列擴頻：信息承載信號被一個高碼片速率的擴展碼相乘。 CDMA 利用自相關性非常大而互相關性小的碼序列作為地址碼，對已被原始用戶信息信號調 制的載頻進行二次調制，擴展其信號頻譜。 IS95 采用 180 度相移鍵控 QPSK。有效的 降低功率譜密度提高信噪比，保密性好， 同時用戶共用同一寬帶頻譜不存在互調干擾。 CDMA 采用三層編碼結構：用戶碼 (42 比特長碼 )、基站碼 (15 比特時間偏移碼 )、信道的正交碼 (64 正交 walsh 碼 )。 多種分集技術 分集合成技術是指系統(tǒng)提供二個或更多個輸入信號到接收端，這些輸入信號的衰落各不相關，系統(tǒng)分別接收它們再將它們合成處理后進行判決，大大降低衰落對信號的影響。依據衰落的頻率、時間和空間的選擇性，相應有頻率分集 、時間分集和空間分集。 ? 空間分集通過幾個獨立天線或在不同位置分別發(fā)射和接收信號，采用選擇性合成技術總是選擇信號較強的一個輸出，降低了地形等因素對信號的影響。 CDMA 越區(qū)軟切換就是空間分集的一個有利例證。 ? CDMA 采用擴頻技術，根據寬帶信號不會在使用頻率均衰落這一特性，其寬帶傳輸即為頻率分集，克服了因信號傳送的多條路徑以及用戶的移動性帶來的多徑衰落。 ? CDMA 利用交織編碼、糾錯和檢錯編碼等技術在不同時隙發(fā)送信號，利用衰落的時間選擇性來進行時間分集。 ? 同時 CDMA采用 RAKE接受機 (基站采用 4 finger 接 受機，手機采用 3 finger接受機 )分別接收時延較大的不同路徑強信號然后合并，采用數(shù)字 判別恢復信號。 CDMA 采用多種分集技術減少衰落對信號的影響，獲取高質量的通信。 自動功率控制 FDMA 和 TDMA 依靠用戶占用不同的頻率和時隙來區(qū)分用戶，而 CDMA 依靠地址碼來解擴，依據功率來區(qū)分信號。對于移動通信中，假設基站覆蓋小區(qū)中所有用戶均以相同功率發(fā)射，則靠近基站的手機信號到達基站的功率較強，而遠離基站的手機信號較弱，強信號掩蓋弱信號，稱為遠近效應。這對于 CDMA 影響尤為突出。 CDMA 只有通過自動功率 控制來克服遠近效應。 ? 上行鏈路 (手機至基站 )功率控制：一方面通過手機對其發(fā)射功率的開環(huán)估計 (手機估計從基站到手機的路徑損耗以及根據收到的基站功率發(fā)送第一個功率試驗值 )，另一方面通過基站輔助閉環(huán)控制 (基站檢測從手機 來的信噪比，并與系統(tǒng)設置 的信噪比進行比較產生功率校正命令發(fā)送給手機 )，來保證所有手機信號 到達基站時具有相同功率。 ? 下行鏈路 (基站到手機 )采用功率控制技術克服同頻干擾：基站估計下行鏈路的傳輸損耗，分配給每個業(yè)務信道一定的初始功率，然后周期性的減少發(fā)射功率直至手機發(fā)出增加功率請求。 相關 接收 CDMA 在接收端將高頻擴頻信號變成中頻信號時，噪聲和干擾的功率大于有用信號功率，這時必須依靠地址碼的相關特性將有用信號提取出來。采用匹配濾波器使有用信號匹配輸出，而噪聲和干擾由于未匹配而被抑制，從而得到最大的信噪比。 語音編碼 語音編碼包括波形編碼 (采用線性預測技術，盡可能地重現(xiàn)原始語音波形，語音質量高但傳輸?shù)谋忍財?shù)多 )和參數(shù)編碼 (依據人類語音生成模型為基礎分析表征語音的特征參數(shù)并傳送這些參數(shù)，在接收端合成恢復，比特數(shù)降低但語音質量不高 )，因此目前多混合使用這二種編碼采用碼激勵線性預測編碼 CELP、矢量和激勵線性預測編碼 VSELP。同時存在可變速率話音編碼器，提供 4種速率在話音間歇期減少傳輸速率并降低發(fā)射功率，減少干擾， 容量 soft blocking 特性 CD